Топик к лекции ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС ГЛИКОЛИЗА 1.Продуктами гликолиза являются пируват, водород в форме NAD-H и энергия в форме АТР, и вода 2. Количество синтезированных молекул АТФ: • в реакциях 1 и 3 используется 2 моль АТР • в реакциях 7, 10 образуется 4 моль АТР путем субстратного фосфорилирования • в реакции 6 синтезируется 2 НАДН2 3. Необходимо отметить, что образовавшиеся в процессе превращения глицеральдегид-3-фосфата 2 молекулы НАДН в дальнейшем при окислении могут давать не 6 молекул АТФ, а только 4. Дело в том, что сами молекулы внемитохондриального НАДН не способны проникать через мембрану внутрь митохондрий отдаваемые ими электроны могут включаться в митохондриальную цепь биологического окисления с помощью так называемого глицеролфосфатного челночного механизма и Малат-аспартатной челночной системы 4. Цитоплазматический НАДН сначала реагирует с цитоплазматическим дигидроксиацетонфосфатом, образуя глицерол-3-фосфат. Реакция катализируется НАД-зависимой цитоплазматической глицерол-3-фосфат-дегидрогеназой: Дигидроксиацетонфосфат + НАДН + Н+ <=> Глицерол-3-фосфат + НАД+. Образовавшийся глицерол-3-фосфат легко проникает через митохонд-риальную мембрану. Внутри митохондрии другая (митохондриальная) глицерол-3фосфат-дегидрогеназа (флавиновый фермент) снова окисляет глицерол-3фосфат до диоксиацетонфосфата: Глицерол-3-фосфат + ФАД <=> Диоксиацетонфосфат + ФАДН2. Восстановленный флавопротеин (фермент-ФАДН2) вводит на уровне KoQ приобретенные им электроны в цепь биологического окисления и сопряженного с ним окислительного фосфорилирования, а диоксиаце-тонфосфат выходит из митохондрий в цитоплазму и может вновь взаимодействовать с цитоплазматическим НАДН + Н+. Таким образом, пара электронов (из одной молекулы цитоплазматического НАДН + Н+), вводимая в дыхательную цепь с помощью глицеролфосфатного челночного механизма, дает не 3, а 2 АТФ. В дальнейшем было показано, что с помощью данного челночного механизма лишь в скелетных мышцах и мозге осуществляется перенос восстановленных эквивалентов от цитозольного НАДН + Н+ в митохондрии. 5. В клетках печени, почек и сердца действует более сложная малат-аспартатная челночная система. Действие такого челночного механизма становится возможным благодаря присутствию малатдегидрогеназы и аспартатаминотрансферазы как в цитозоле, так и в митохондриях Установлено, что от цитозольного НАДН + Н+ восстановленные эквиваленты сначала при участии фермента малатдегидрогеназы (рис. 10.11) переносятся на цитозольный оксалоацетат. В результате образуется малат, который с помощью системы, транспортирующей дикарбоновые кислоты, проходит через внутреннюю мембрану митохондрии в матрикс. Здесь малат окисляется в оксалоацетат, а матриксный НАД+ восстанавливается в НАДН + Н+, который может теперь передавать свои электроны в цепь дыхательных ферментов, локализованную на внутренней мембране митохондрии. Следовательно, при окисление глюкозы до пирувата получается или 6 или 8 молекул АТФ 6. Пируват занимает центральное положение в промежуточном метаболизме и может служить предшественником разнообразных продуктов Окончательная судьба пирувата и НАД·H, образованных в процессе гликолиза зависит от организма и условий внутри клетки, в особенности от наличия или отсутствия кислорода или других акцепторов электронов. Метаболическая судьба пирувата Аэробный распад глюкозы включает реакции аэробного гликолиза и последующее окисление пирувата в реакциях катаболизма. Он происходит поэтапно: 1. расщепление глюкозы до ПВК (аэробный гликолиз, то есть гликолитические реакции, которые заканчиваются образованием ПВК, а не лактата, при условии достаточного количества кислорода в клетке), происходит в цитоплазме клетки; 2. окислительное декарбоксилирование ПВК под действием мультиферментного пируватдегидрогеназного комплекса с образованием ацетил-КоА (активной уксусной кислоты), происходит в матриксе митохондрий; 3. цикл трикарбоновых кислот Кребса, куда поступает ацетил-КоА и окисляется до конечных продуктов обмена СО2 и Н2О. Происходит в матриксе митохондрий. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРУВАТА В аэробных условиях пировиноградная кислота подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА. Это превращение катализируется надмолекулярным пируватдегидрогеназным комплексом, локализованным в матриксе митохондрий. В состав пируватдегидрогеназного комплекса входят три различных фермента: пируватдекарбоксилаза, дигидролипоатацетилтрансфераза и дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты На начальном этапе (Е1) пируват взаимодействует со 2-м углеродным атомом тиазольного кольца (7) тиаминпирофосфата (ТПФ), в результате чего отщепляется С02- Образующийся гидроксиэтил-ТПФ (2) реагирует с присоединенным к Е2 липоатом (3), который при этом восстанавливается, а у вторичной SH-группы удерживает ацетильный остаток (4). Затем Е2 катализирует перенос ацетильной группы на кофермент А: при этом остается дигидролипоат (5), который снова окисляется при помощи ЕЗ до липоата при одновременном восстановлении NAD Пируват + НАД+ + HS-KoA –> Ацетил-КоА + НАДН + Н+ + СO2. Превращением пирувата в лактат останавливается не только митохондриальный синтез АТФ, но почти весь обмен веществ в митохондриальном матриксе. Главной причиной такой остановки является высокая концентрация НАДН (NADH), ингибирующая цитратный цикл и пируватдегидрогеназу Взаимопревращение молочной и пировиноградной кислот в тканях В результате гликолиза – анаэробного расщепления глюкозы образуется молочная кислота, которая накапливается в тканях: активно работающих мышцах, эритроцитах, в клетках злокачественных опухолей. Пути дальнейшего обмена молочной кислоты (лактата) следующие: ¾ значительная часть лактата превращается в ПВК с помощью фермента ЛДГ; ¾ образовавшаяся ПВК может частично использоваться на синтез глюкозы, реакциями глюконеогенеза – анаболический путь;. ¾ оставшаяся часть ПВК может окисляться аэробным путем, сначала до ацетил-КоА в процессе окислительного декарбоксилирования, а далее в цикле Кребса до СО2 и Н2О с выделением энергии – катаболитический путь; ¾ при образовании избыточных количеств молочной кислоты – она из мышечных клеток выходит в кровь и через почки выводится с мочой. У микроорганизмов – брожение – катаболизм углеводов в анаэробных условиях Этот фермент -пируватдекарбоксилаза- расщепляет пируват на ацетальдегид и С02. Ацетальдегид затем восстанавливается до этанола. Реакция алкогольдегидрогеназы происходит направлении, когда этанол потребляется в противоположном В клетках имеется фермент алкогольдегидрогеназа (АДГ), который окисляет этанол до ацетальдегида. Потом aцетальдегид окисляется до ацетата с помощью ацетальдегиддегидрогеназы (АцДГ). Ацетальдегид и ацетат очень токсичны и ведут к очень многим побочным эффектам. АДГ и АцДГ катализирует реакцию, ведущую к восстановлению НАД+ до НАДН.